Question

6．化學課上，同學們對人體呼出的氣體中的主要成分及含量非常好奇，設計了如下實驗進行相關的探究．
【提出問題】呼出的氣體中有哪些主要成分？它們的含量是多少？
【查閱資料】①呼出的氣體中仍含有O₂；
②CO₂難溶于飽和NaHCO₃溶液；
③氫氧化鈉能與二氧化碳反應生成可溶性的碳酸鈉和水．
【假設與猜想】呼出的氣體中主要成分是N₂、O₂、CO₂、水蒸氣等．
【設計方案并實驗】實驗I：定性檢驗呼出的氣體中含有CO₂、O₂和水蒸氣．

實驗操作	主要實驗現象	實驗結論
	澄清石灰水變渾濁	呼出的氣體中含有CO2
	燃著的蠟燭逐漸熄滅（或燃著的蠟燭并不立即熄滅、蠟燭繼續燃燒一段時間再熄滅等）	呼出的氣體中含有O2
	玻璃片上出現無色液滴	呼出的氣體中含有水蒸氣

實驗Ⅱ：定量測定呼出的氣體中N₂的含量．
同學們在老師的指導下設計了如下列圖所示裝置（B是帶刻度的量氣裝置）．

實驗操作		主要實驗現象	實驗結論及解釋
①	檢查裝置的氣密性． 向裝置中加入藥品． 關閉止水夾a～f．		裝置的氣密性良好．
②	打開b、c、d，向B中吹入一定量氣體后關閉d，并冷卻到室溫．	B中液體進入到A中，B中液體減少500mL．	收集500mL氣體．
③	關閉b，打開a、e、f，用打氣筒向A中緩緩充氣，直到B中氣體剛好全部排出．	A中液面下降，B中液面上升至最高，C中左側導管口有氣泡產生，且C中液面下降，液體沿導管流入D中，D中液體為475mL．	反應的化學方程式為CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O．
④	關閉e、f，用凸透鏡聚光引燃白磷．	白磷燃燒，產生大量白煙，放出大量熱．	反應的化學方程式為4P+5O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P2O5．
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫，打開f．	D中的液體部分進入C中，D中剩余液體為400mL．	呼出的氣體中含有N2，且氮氣的體積分數為80%．

【實驗反思】
（1）該實驗設計依據的N₂性質有ABCD（填字母序號）．
A．不能與白磷發生反應      B．難溶于水
C．不能和NaOH溶液反應    D．不能燃燒，也不支持燃燒
E．無色無味的氣體          F．相同條件下，密度比空氣略小
（2）若上述實驗所測O₂的體積分數偏小，結合實驗具體情況分析其可能原因是如果C裝置沒有完全冷卻即打開止水夾f，則會由于C中溫度較高氣體受熱膨脹，而使D中液體進入到C中減少，D中剩余液體大于400mL，則所測O₂的體積分數會偏�。�

Answer 1

分析 【設計方案并實驗】實驗I：根據二氧化碳可使澄清的石灰水變渾濁，氧氣支持燃燒，水蒸氣遇冷凝結分析．
實驗Ⅱ：
（2）實驗記錄：③向A中充氣會使液體被重新壓回B中，從而將氣體排放到C中，而其中二氧化碳可以和氫氧化鈉發生反應，可以據此解答該題；
④根據白磷燃燒的現象分析解答；
⑤白磷燃燒要消耗氧氣，從而會使C裝置中的壓強變小，而使D中的液體倒吸入C裝置中，可以據此填空；
數據處理：根據各步驟所消耗的氣體來計算，并完成解答；
【實驗反思】（1）根據實驗過程所設計的物質及反應條件來判斷氮氣的性質；
（2）根據氣體受熱膨脹的知識點來解答該題

解答 解：【設計方案并實驗】實驗I：
二氧化碳可使澄清的石灰水變渾濁，所以呼出的氣體中含有CO₂，集氣瓶中石灰水變渾濁；
氧氣支持燃燒，所以呼出的氣體中含有O₂，集氣瓶中的蠟燭能夠繼續燃燒；
水蒸氣遇冷凝結，所以呼出的氣體中含有水蒸氣，干冷的玻璃片上有水霧．
故答案為：

實驗操作	主要實驗現象	實驗結論
	澄清石灰石變渾濁	呼出的氣體中含有CO2
	燃著的蠟燭逐漸熄滅（或燃著的蠟燭并不立即熄滅、蠟燭繼續燃燒一段時間再熄滅等）	呼出的氣體中含有O2
	干冷的玻璃片上有水霧	呼出的氣體中含有水蒸氣

實驗Ⅱ：（2）實驗記錄：③關閉b向A裝置中通入氣體，則會使A中的液體被壓入B裝置中，從而使B中的液面上升，而使B中的氣體被壓入C中，所以在C導管口會發現有氣泡冒出，由于氣體中含有二氧化碳，所以由于二氧化碳要和氫氧化鈉反應，但是大部分氣體不會發生反應而滯留在C裝置中，將C裝置中的液體壓入D中；
④白磷燃燒產生大量白煙，放出大量熱，反應的方程式是：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
⑤白磷燃燒要消耗氧氣，從而會使C裝置中的壓強變小，而使D中的液體倒吸入C裝置中，是C裝置中的液面上升；
數據處理：根據將氣體鼓入C裝置后氣體體積減少了25mL可以知道該氣體為二氧化碳，而白磷燃燒后氣體體積剩余了400mL，結合氣體的性質可以判斷出這400mL氣體為氮氣，被消耗的體積為75mL，即氧氣的體積為75mL，進而可以求出氮氣的體積分數為：$\frac{400ml}{500ml}$×100%=80%，氧氣的體積分數為：$\frac{75ml}{500ml}$×100%=15%，二氧化碳的體積分數為：$\frac{25ml}{500ml}×$100%=5%；
【實驗反思】（1）根據實驗過程中所接觸的物質及反應條件可以知道，氮氣不能燃燒也不支持燃燒，難溶于水，并且不能和氫氧化鈉溶液反應．故選ABCD；
（2）如果C裝置沒有完全冷卻即打開止水夾f，則會由于C中溫度較高氣體受熱膨脹，而使D中液體進入到C中減少，D中剩余液體大于400mL，則所測O₂的體積分數會偏小．
故答案為：
實驗記錄：

實驗操作		主要實驗現象	實驗結論及解釋
①	檢查裝置的氣密性．向裝置中加入藥品．關閉止水夾a～f．	\	裝置的氣密性良好．
②	打開b、c、d，向B中吹入一定量氣體后關閉d，并冷卻到室溫．	B中液體進入到A中，B中液體減少500mL．	收集500mL氣體．
③	關閉b，打開a、e、f，用打氣筒向A中緩緩充氣，直到B中氣體剛好全部排出．	A中液面下降，B中液面上升至最高，C中左側導管口有氣泡產生，且C中液面下降，液體沿導管流入D中，D中液體為475mL．	反應的化學方程式為CO2+2NaOH═Na2CO3+H2O．
④	關閉e、f，用凸透鏡聚光引燃白磷．	白磷燃燒，產生大量白煙，放出大量熱．	4P+5O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P2O5．
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫，打開f．	D中液體倒吸入C瓶中，C瓶中液面上升，D中剩余液體為400mL．	呼出的氣體中含有N2，且氮氣的體積分數為80%

實驗反思（1）ABCD；
（2）如果C裝置沒有完全冷卻即打開止水夾f，則會由于C中溫度較高氣體受熱膨脹，而使D中液體進入到C中減少，D中剩余液體大于400mL，則所測O₂的體積分數會偏小．

點評 熟練掌握二氧化碳、氧氣的化學性質，能夠根據題給的實驗流程分析各步驟所發生的反應或變化，并對實驗數據進行適當的處理．